CaF_2晶体弹性与热力学性质的研究

利用第一性原理超软赝势平面波的方法,对CaF2晶体结构进行了几何优化,得到其晶格参数为0.548 0 nm。在优化结构的基础上计算了零温零压下的弹性常数,得到C11=154.4 GPa、C12=38.2 GPa、C44=29.9 GPa及体弹性模量B0=76.9 Gpa。根据德拜模型近似,由弹性常量计算德拜温度为489.6K,在高温下,热容接近杜隆-珀蒂极限。     

立方氮化硼的电子结构与热力学性质研究

利用第一性原理超软赝势平面波的方法,对立方氮化硼晶体结构进行了几何优化,得到晶格参数为0.359 3 nm;在优化结构的基础上计算得到带隙为4.654 eV,属于间接宽带隙半导体;零温零压下的弹性常数为C11=804.6 GPa、C12=161.2 GPa、C44=463.9 GPa及弹性模量B0=375.7 GPa;根据德拜模型近似,由弹性常量计算了德拜温度为1 924.8 K,并进一步得到定容热容随温度的变化关系,在高温下,热容接近杜隆—珀蒂极限。     

硫化镁晶体的弹性与热力学性质的研究

利用第一性原理超软赝势平面波的方法,对MgS晶体结构进行了几何优化,得到了其晶格参数为0.522 78 nm;在优化结构的基础上计算出带隙为2.873 eV,属于间接带隙半导体;零温零压下的弹性常数为C11=134.02 GPa、C12=38.5 GPa、C44=53.9 GPa及弹性模量B0=70.3 GPa;根据德拜模型近似,由弹性常量计算了德拜温度为557.2 K,并进一步得到定容热容随温度的变化关系,在高温下,热容接近杜隆—珀蒂极限.     

硫化镁晶体的弹性与热力学性质的研究

利用第一性原理超软赝势平面波的方法,对MgS晶体结构进行了几何优化,得到了其晶格参数为0.522 78 nm;在优化结构的基础上计算出带隙为2.873 eV,属于间接带隙半导体;零温零压下的弹性常数为C11=134.02 GPa、C12=38.5 GPa、C44=53.9 GPa及弹性模量B0=70.3 GPa;根据德拜模型近似,由弹性常量计算了德拜温度为557.2 K,并进一步得到定容热容随温度的变化关系,在高温下,热容接近杜隆-珀蒂极限.     

闪锌矿型ZnS的电子结构与热力学性质的研究

利用第一性原理超软赝势平面波的方法,对闪锌矿ZnS晶体结构进行了几何优化,得到晶格参数为0.5413nm;在优化结构的基础上计算了电子结构,证明闪锌矿ZnS为直接带隙半导体,带隙为2.213eV;零温零压下的弹性常数为C11=98.04GPa、C12=55.34GPa、C44=48.49GPa及弹性模量B0=69.57GPa;根据德拜模型近似,由弹性常量计算了德拜温度为358.5K,并进一步得到摩尔定容热容随温度的变化关系,在高温下,热容接近杜隆-珀蒂极限.     

RbCaCl3晶体的弹性及热力学性质研究

运用第一性原理赝势平面波密度泛函理论的方法,并结合准谐德拜模型,对钙钛矿结构RbCaCl_3晶体的弹性性质和热力学性质进行研究。以优化的结构为基础,计算了在P=0GPa、T=0K条件下,RbCaCl_3晶体的晶格常数、弹性常数、体弹模量B和剪切模量G,与实验值符合较好;同时计算了RbCaCl_3晶体在零压下的B/G值,根据晶体力学稳定性条件首次推测出RbCaCl_3的相变压强约为10.5GPa。利用准谐德拜模型,计算得到RbCaCl_3在300K的德拜温度,并得到RbCaCl_3的相对体积、热容、热膨胀系数及德拜温度与压强和温度的关系;在高温时,其等体热容Cv接近于Dulong-Petit极限。     

BaLiF_3晶体的弹性及热力学性质研究

运用第一性原理赝势平面波密度泛函理论的方法,结合准谐德拜模型,对钙钛矿结构BaLiF_3晶体的弹性及热力学性质进行研究.以优化结构为基础,计算了在p=0GPa、T=0K条件下,BaLiF_3晶体的晶格常数、弹性常数、体弹模量和剪切模量,它们与实验值及其他理论值相符很好.计算了BaLiF_3晶体在零压下的B/G值,根据晶体力学稳定条件得出BaLiF_3的相变点约为186GPa.利用准谐德拜模型,计算得到BaLiF_3在300K的德拜温度,并得到BaLiF_3的体积、热容、热膨胀系数α、相对德拜温度与温度和压强的关系.在高温时,其热容接近Dulong-Petit极限.     

六方HfB2晶体的弹性和热力学性质的第一性原理计算

【目的】研究六方二硼化铪(HfB2)晶体的弹性和热力学性质。【方法】基于密度泛函理论,运用广义梯度近似超软赝势平面波方法,对六方 HfB2晶体的结构进行了几何优化。在压强0~200GPa范围内,对六方 HfB2的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量随压强的关系进行了第一性原理计算。在零压下,运用模守恒赝势下的有限位移理论计算了六方HfB2晶体的声子色散关系。根据准谐德拜近似,由声子态密度计算六方 HfB2的焓、熵、自由能和等容热容随温度的变化关系。【结果】当压强为0时,C11=606.70GPa,C12=100.29GPa,C13=141.72GPa,C33=480.01GPa,C44=272.40GPa,BH=272.70GPa,GH=244.09GPa,EH=564.00GPa,vH=0.115,且所有弹性常量随着外加压强的增大而增大。【结论】0~200GPa范围内晶体结构稳定,无相变发生。在零压下,由声子色散关系得到的带隙为3.36×1012Hz;焓与熵随温度升高而增大,自由能随温度增加而减小;等容热容随温度的升高而增大,逐渐趋近经典极限值。
     

六方HfB_2晶体的弹性和热力学性质的第一性原理计算

【目的】研究六方二硼化铪(HfB_2)晶体的弹性和热力学性质。【方法】基于密度泛函理论,运用广义梯度近似超软赝势平面波方法,对六方HfB_2晶体的结构进行了几何优化。在压强0~200GPa范围内,对六方HfB_2的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量随压强的关系进行了第一性原理计算。在零压下,运用模守恒赝势下的有限位移理论计算了六方HfB_2晶体的声子色散关系。根据准谐德拜近似,由声子态密度计算六方HfB_2的焓、熵、自由能和等容热容随温度的变化关系。【结果】当压强为0时,C11=606.70GPa,C12=100.29GPa,C13=141.72GPa,C33=480.01GPa,C44=272.40GPa,BH=272.70GPa,GH=244.09GPa,EH=564.00GPa,vH=0.115,且所有弹性常量随着外加压强的增大而增大。【结论】0~200GPa范围内晶体结构稳定,无相变发生。在零压下,由声子色散关系得到的带隙为3.36×1012Hz;焓与熵随温度升高而增大,自由能随温度增加而减小;等容热容随温度的升高而增大,逐渐趋近经典极限值。     

高压下LaB6的弹性和热力学性质的第一性原理计算

运用平面波赝势密度泛函理论,研究了CsCl结构的LaB6在高压下的弹性和热力学性质. 计算中使用了广义梯度近似,得到在零温零压下LaB6的晶格常数和已知的实验和其它理论结果相符。同时,我们还得到了LaB6的弹性常数Cij,体弹模量B,剪切模量G,杨氏模量E,德拜温度ΘE,泊松系数σ,压缩波速VL和剪切波速VS与压强的关系。计算发现LaB6在低于14 GPa具有力学稳定性. 根据准谐德拜模型,我们还预测了CsCl结构LaB6的热力学性质,对0-14 GPa 和0-1500 K 范围内热膨胀系数和比热容的变化进行了研究. 最后分析了LaB6在零温零压和高压下的电子态密度图.     

第一性原理研究TiH_2的结构和热力学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了TiH2原胞体系的晶体结构、电子结构和总能,获得了体系的稳定晶格常数、总体能量与体积的函数关系.并利用准谐德拜模型研究了在不同温度(T=0～1800K)和压力(P=0～140GPa)下TiH2的热力学性质,如弹性模量与压强,热熔与温度,热膨胀系数与温度或压力的变化关系.结果表明:TiH2的晶格常数与实验值符合较好;在一定温度下,相对体积、热熔随着压强的增加而减少,德拜温度、弹性模量随着压强的增加而增加;而定容热容CV随温度升高而升高,高压下温度对TiH2热膨胀系数的影响小于压强对热膨胀系数的影响.     

MgH_2的结构与热力学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函的第一性原理方法计算了四角形MgH2的电子结构,通过准谐德拜模型研究了MgH2在压强为0～100 GPa,温度为0～600 K范围内的热力学性质。研究得到了MgH2零温零压下的平衡体积V、晶格常数、带隙,以及体弹模量B0、摩尔定压热容Cp,m、熵S、德拜温度Θ、体膨胀系数α随温度和压强的变化关系。     

MgH2的结构与热力学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函的第一性原理方法计算了四角形MgH2的电子结构,通过准谐德拜模型研究了MgH2在压强为0～100 GPa,温度为0～600 K范围内的热力学性质。研究得到了MgH2零温零压下的平衡体积V、晶格常数、带隙,以及体弹模量B0、摩尔定压热容Cp,m、熵S、德拜温度Θ、体膨胀系数α随温度和压强的变化关系。     

Li3Bi结构、力学和电子性质的第一性原理计算

 基于密度泛函的线性响应理论,通过第一性原理的赝势方法,对Fm-3m相Li₃Bi的结构、力学和电子性质做了系统的研究.优化得到的平衡结构参数与实验值符合得很好.计算表明,Fm-3m结构在零压下的焓最低,满足力学稳定标准,是最稳定的结构.计算得到的Fm-3m相Li₃Bi的块体模量、剪切模量和弹性模量分别为30.2,25.5 GPa和59.6 GPa.德拜温度是312 K.Li₃Bi具有小的弹性各向异性特征,是窄带隙的间接带隙半导体,带隙为0.45 eV.     

Centimeter-scale-diameter Co-based bulk metallic glasses with fracture strength exceeding 5000 MPa

Co48-xFexCr15Mo14C15B6Er2 (x = 2.5 and 5) bulk metallic glasses (BMGs) with critical size (dc) up to 15 mm in diameter were synthesized by copper mold casting. Co43Fe5Cr15Mo14C15B6Er2 BMG has a wide supercooled liquid region (84 K) and ultrahigh fracture strength exceeding 5000 MPa,which is the highest value for reported metallic glasses with dc exceeding 1 cm. Furthermore,the Poisson ratio,Young modulus,shear modulus and bulk modulus of this alloy were evaluated to be 0.31,217 GPa,82 GPa and 214 GPa,respectively. The ideal configurational entropy of Co48-xFexCr15Mo14C15B6Er2 (x = 0 and 5) has been calculated. The introduction of the similar element Fe in the Fe-free Co-Cr-Mo-C-B-Er alloy will be beneficial to increasing the ideal config-urational entropy and depressing the critical cooling rate to achieve greater glass-forming ability. The combination of superior glass-forming ability and ultrahigh fracture strength makes the present Co48-xFexCr15Mo14C15B6Er2 (x = 2.5 and 5) BMGs promising candidates as advanced structural materials.     

高压下ZrB_2的结构和热力学性质的第一性原理计算

利用平面波赝势密度泛函理论计算了ZrB2的基本参数,包括晶格常数、体弹模量、体弹模量对压强的一阶导数,同时通过准谐德拜模型研究了ZrB2热力学性质,给出了不同压强和不同温度下的热容和德拜温度的计算值,发现热容随着压强增加而减小,德拜温度随压强增加而增加.     

Synthesis of Ta C and Ta_2C from tantalum and graphite in the laser-heated diamond anvil cell

The pressure dependence of the onset of the formation of Ta C and Ta2 C from the elements has been investigated by in situ X-ray diffraction and pyrometry.Ta C has been synthesized by the reaction of Ta and graphite at pressures between 8.6 and 14.3 GPa and at temperatures up to 2,300 K using a laser-heated diamond anvil cell. The products were characterized by X-ray diffraction. Ta and graphite begin to react around 1,100 K at ambient pressure conditions, and the reaction temperature increases with increasing pressure. A linear extrapolation of these data is consistent with recent observations of the formation of Ta C at 90 GPa and 3,600 K. We show that diffusion of carbon into tantalum significantly changes the lattice parameter of up to 2 % in the pressure range of up to19 GPa. In some experiments, Ta2 C was formed concomitantly. The experimentally determined bulk modulus of Ta2 C is B0;exp：= 286（5） GPa. Other tantalum carbide phases were not observed.     

高压下铌的强度和状态方程研究

室温下,以氦为传压介质的准静水压环境中加压到41GPa,在两柱全景金刚石对顶砧中加压到70GPa,研究了铌在高压下的强度和状态方程.准静水压下,X射线衍射数据拟合得到的体弹模量和其一阶导数分别为166(2)GPa和3.2(2).铌的差应力与剪切模量的比值(t/G)在超过6GPa后几乎为常数,表明由于塑性形变而发生屈服.结合高压下的剪切模量,发现铌在6GPa时由于塑性形变而发生宏观屈服时受到的差应力约为1.26GPa.差应力从2到6GPa可以表示为t=-0.557(94)+0.306(21)p,其中p是压力,单位是GPa.差应力在30GPa后再次增大,表明铌开始出现强化现象,此时对应的差应力约为1.67GPa.在70GPa时,铌受到的差应力最大,且约为3.96GPa.